I raggi X disegnano dispositivi superconduttivi su scala sub-micrometrica

La disposizione di "difetti" (per esempio atomi droganti) in una struttura atomica rappresenta un elemento chiave per la determinazione della funzionalità in molti materiali utilizzati (ad es. come catalizzatori, dispositivi semiconduttori, superconduttori, ecc.). Nei materiali superconduttori, la superconduttività ad alta temperatura critica, Tc, si ottiene grazie all''introduzione di difetti, costituiti p. es. da ossigeni mobili interstiziali, i-O. In un recente lavoro, condotto presso il sincrotrone ESRF a Grenoble e pubblicato su Nature nel 2010, abbiamo dimostrato che tale temperatura critica, oltre che dalla concentrazione degli i-O è determinata dalla disposizione di questi nel reticolo cristallino: in particolare, un maggiore ordinamento di i-O dà luogo a Tc più elevate. Data quindi l''importanza di tali difetti, assume grande interesse la possibilità di controllare e manipolare la loro disposizione ed il loro ordinamento mediante stimoli esterni quali p. es. trattamenti termici, ed elettromagnetici. In questo contesto, il nostro lavoro propone una nuova tecnologia per la produzione di regioni superconduttive, derivanti dall''ordinamento "controllato" di i-O, y, in composti ceramici, ossidi di lantanio e rame, La2CuO4+y. Tale tecnologia è basata sulla seguente osservazione sperimentale: opportune dosi di radiazione, al di sopra di una certa soglia e ad una determinata temperatura, sono in grado di ordinare gli i-O (figura 1a). Tale effetto risulta inoltre, essere confinato nelle zone colpite dalla radiazione (figura 1b, 1c), dando luogo ad un significativo aumento della temperatura critica superconduttiva. In questo modo, un dispositivo elettronico superconduttivo potrebbe essere prodotto tracciando domini ordinati di i-O attraverso l''irraggiamento di un fascio di raggi X utilizzato come "pennello", la cui dimensione può spingersi sino a scale nanometriche grazie alle moderne ottiche focalizzanti. Tale controllo della superconduttività su scala nanometrica apre nuove possibilità tecnologiche in diversi settori; importanti ricadute potrebbero aversi nel campo medico, aumentando le capacità di mezzi diagnostici, (ad es. MEG), rendendoli in grado di localizzare le sorgenti patologiche, con alta precisione.

Authors: N. Poccia, M. Fratini, A. Ricci, G. Campi, L. Barba, A. Vittorini-Orgeas, G. Bianconi, G. Aeppli, A. Bianconi

Title: Evolution and Control of Oxygen Order in a Cuprate Superconductor

Journal: Nature Materials

Year: 2011

References: 10, (2011), pp. 733-736